Aurora激酶B和C在哺乳动物着床前胚胎和胚胎干细胞中的功能研究

Aurora激酶B和C是调控细胞分裂的关键分子, 我们发现它们在哺乳动物着床前胚胎和胚胎干细胞中高表达,提示它们具有重要功能。 在着床前胚胎中,异常细胞分裂发生的频率极高,造成染色体数目与结构变异,是导致流产,出生缺陷的主要原因。此外，人类胚胎干细胞也容易发生核型突变,甚至恶性转型，这对它们在再生医学中的应用具有极大潜在威胁。 本课题将深入解析Aurora激酶B和C在以上两个系统中各自的功能,探索它们调控纺锤体形成检查点的机制；对细胞分裂的影响；以及与胚胎细胞增殖,分化和恶性转型的关系。 我们将重点阐明Aurora 激酶 C, 这个在哺乳动物生殖细胞和早期胚胎中独有的分子的功能。研究成果对减少人类体外受精胚胎异常分裂及提高人类胚胎干细胞的安全性具有重要意义。

Aurora激酶B和C是调控细胞分裂关键分子, 我们的前期研究发现它们在哺乳动物着床前胚胎和胚胎干细胞中有特异性高表达,提示它们具有重要功能. 在本研究中，我们发现，哺乳动物生殖细胞特异表达的Aurora激酶C在以上两个系统中均有重要功能。 通过过表达和敲低实验，我们发现在小鼠在着床前胚胎中上调Aurora激酶C水平加速了有丝分裂进程，促进了细胞进入内细胞团和获得多能性。有意思的是，Aurora激酶C能够抑制Aurora激酶B的功能，降低组蛋白H3第10位丝氨酸(H3S10)的磷酸化。上调Aurora激酶B则增加组蛋白H3S10磷酸化，减慢有丝分裂速度。 我们对过表达和敲低Aurora激酶B和C的胚胎进行高通量测序，发现改变Aurora激酶B和C水平影响了一些重要转录因子和小GTP酶的RNA水平，这可能是Aurora激酶B和C影响小鼠着床前胚胎发育以及细胞命运决定的原因。此外，我们发现人类多能干细胞在基态Naïve state培养条件下上调Aurora激酶C表达。我们构建了Dox诱导过表达和敲低Aurora激酶B和C的多能干细胞系，发现Aurora激酶B 和C具有不同功能。 Aurora激酶B是调控胞质分离cytokinesis的主要激酶，敲低其表达导致cytokinesis失败和干细胞凋亡。 而上调Aurora激酶B功能虽然没有影响干细胞存活，但一定程度抑制了多能性基因的表达。另一方面，高水平过表达Aurora激酶C取代了激酶B在cytokinesis furrow上的定位，同样抑制了胞质分离。以上结果说明在人类多能干细胞中，Aurora激酶B和C的水平在达到适度平衡时，最有助于维系多能干细胞的自我更新和基因组稳定性。我们的研究结果揭示了调控哺乳动物着床前胚胎和胚胎干细胞多能性和命运决定的新机制，对减少人类体外受精胚胎异常分裂及胚胎干细胞恶性转化有重要意义.